四川大学:基于碳材料专为孕妇设计的多功能智能穿戴纺织品

成果简介

随着电子工业的飞速发展，产生了越来越严重的电磁污染，不仅会导致电子设备的故障，还会对人体造成一系列的辐射危害。其中，孕妇是对电磁污染最敏感的人群之一。电磁干扰（EMI）会引起孕妇情绪波动、头晕、恶心等一系列问题，甚至导致胎儿畸变。此外，对于孕期出现水肿和骨关节疼痛的女性，热疗可以有效缓解上述症状。随着胎儿的成长，孕妇的日常活动和心率受到很大影响。因此，迫切需要解决孕妇运动和脉搏的监测问题。基于以上情况，迫切需要为孕妇设计一款多功能智能穿戴纺织品。

本文，四川大学郭荣辉教授团队在《Ind. Eng. Chem. Res》期刊发表名为“Flexible Smart Wearable Co@C@Carbon Fabric for Efficient Electromagnetic Shielding, Thermal Therapy, and Human Movement Monitoring”的论文，研究提出将金属有机框架和织物基板结合起来用于电磁干扰屏蔽。通过简单的原位生长和退火制备由ZIF-67@CF衍生Co@C @carbon 织物 (Co-CCF)织物。随后，通过使用聚二甲基硅氧烷封装 Co-CCF 来制备 Co-PCCF，这提高了耐腐蚀性和粘合强度。具有双导电网络结构的 Co-PCCF-1000（在 1000°C 下退火）显示出高效的电磁屏蔽性能（阻挡超过 99.9% 的电磁波）。

具有柔韧性的 Co-PCCF 还显示出出色的牢度和稳定性，避免孕妇使用过程中的损坏（在 90° 反复弯曲 500 次并经过超声波处理1小时和 1 次后，仍能阻挡 99% 以上的电磁波）。此外，Co-PCCF 可以通过控制电压达到所需的热疗温度。同时，Co-PCCF 可以实时监测广泛的人体运动，例如脉搏、呼吸和关节活动。专为孕妇设计的多功能Co-PCCF，可有效防止电磁污染，缓解关节疼痛，检测人体运动，具有广阔的应用前景。

图文导读

图1. Co-PCCF 复合材料的形成过程。

图2. (a-c) 棉无纺布、(d-f) CF-1000 和 (g-i) PCF-1000 在不同放大倍率下的 SEM 图像，(j) 棉无纺布的数字图像和 CF-1000，(k) 加工成不同形状的 PCF-1000 的数字图像，以及 (l) PCF-1000 的水接触角。

图3.XRD 和 XPS 分析

图4. 电磁干扰屏蔽效能

图5. (a-h) Co-PCCF-1000 在输入直流电压分别为 0、1、1.5、2、2.5、3、3.5 和 4 V 时的红外图像，(i) Co-PCCF-1000 的数码照片PCCF-1000在电热性能测试中。

图6、(a-c) Co-PCCF-1000 在不同应变下的实时电阻响应，(d) Co-PCCF-1000 传感器在 0.5、1、2 和 3 mm/s 下的应变响应， (e) Co-PCCF-1000 的灵敏度，和 (f) Co-PCCF-1000 在 6% 的应变下超过 200 个连续循环的稳定性。

图7. (a) 腹式呼吸、(b) 脉搏、(c) 手腕、(d) 肘部、(e) 膝盖和 (f) 脚踝的人体运动检测。

小结

Co-PCCF 可以实时监测广泛的人体运动，例如脉搏、呼吸和关节活动。专为孕妇设计的多功能Co-PCCF，可有效防止电磁污染，缓解关节疼痛，检测人体运动，具有广阔的应用前景。

文献：

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c02021